X射线荧光光谱分析的基本原理
x-射线荧光光谱仪 工作原理
x-射线荧光光谱仪工作原理
X-射线荧光光谱仪是一种利用物质表面被入射X-射线激发产
生的荧光辐射来分析物质成分的仪器。
其工作原理如下：
1. 产生X-射线：通过加速电子的方式产生较高能量的X-射线。
通常采用电子加速器或X-射线管产生X-射线。
2. 入射X-射线：产生的X-射线经过透镜或全反射镜聚焦，使
其成为一束准直的X-射线入射到待分析的样品上。
3. X-射线激发：入射的X-射线与样品中的原子相互作用，使
得样品中的原子内部产生电离和激发。
4. 荧光辐射：被激发的原子内部的电子重新排布，从高能级跃迁到低能级时，会发出特定波长的荧光辐射。
这些荧光辐射的波长与样品中的元素种类和原子结构相关。
5. 信号检测与分析：荧光辐射被光学系统收集，并经过光电倍增管或固态探测器（如硅PIN二极管）转换为电信号。
电信
号经放大和转换后，可以通过计数器、频谱仪等设备进行信号的检测和分析。
6. 数据处理和结果展示：通过对荧光光谱中特定峰位的识别和曲线拟合，可以得到样品中的元素种类和含量信息。
这些数据
可以进一步进行数据处理和结果展示，为分析者提供详细的样品组成分析结果。
X射线荧光光谱分析的基本原理
X射线荧光光谱分析的基本原理X射线荧光光谱分析（X-ray fluorescence spectroscopy, XRF）是一种常用的非破坏性分析方法，适用于几乎所有元素的测定，具有高精度、高灵敏度和多元素分析能力。
其基本原理可以概括为：当固体或液体样品受到高能X射线照射时，样品中的原子被激发或电离，并散射光子。
这些激发或电离后的原子会重新排列电子态，并产生X射线以释放能量。
这些释放的X射线称为荧光射线。
通过测量荧光射线的能量和强度，可以确定样品中的元素种类和含量。
X射线荧光光谱分析的基本组成分为两大部分：X射线源和荧光谱仪。
X射线源一般采用X射线管，它通过给电子加速并与靶材相互作用，产生高能的X射线。
靶材的选择根据分析需要来确定，常见的靶材有铜、铬、铁等。
荧光谱仪由X射线检测器、能谱仪和数据处理系统组成。
X射线检测器一般选择气体探测器或固体探测器，可以将荧光射线转化为电信号。
能谱仪用于测量荧光射线的能量，并将荧光射线的能谱图转换为电信号。
数据处理系统则对荧光信号进行处理和分析。
X射线荧光光谱分析的原理是基于X射线特性的相互作用。
当样品受到高能X射线照射时，X射线在物质中发生两种主要的相互作用：光电吸收和康普顿散射。
光电吸收是指X射线入射到样品中，被其中的原子内层电子吸收并产生光电子，从而使原子转变为激发态。
光电吸收的截面与元素的原子序数有关，轻元素的光电吸收截面较大，重元素的光电吸收截面较小。
当样品处于激发态时，它会以荧光射线的形式释放出能量。
康普顿散射是指X射线与样品中的自由电子相互作用，它会使一部分X射线的方向改变，而能量减少，从而散射出去。
康普顿散射的强度与X射线的能量和散射角度有关，散射角度越大，康普顿散射强度越大。
康普顿散射并不改变样品中元素的能级结构，因此并不产生荧光射线。
X射线荧光光谱分析仪利用荧光射线和康普顿散射的特性来进行元素的分析。
通常，荧光射线的能量和康普顿散射的能量是分开检测的。
x射线荧光光谱基本参数法
x射线荧光光谱基本参数法
X射线荧光光谱法（XRF）是一种常用的元素分析方法，其基本原理是利用X射线激发样品，使样品发出荧光，然后通过检测荧光的信号来定性和定量元素。
以下是一些基本的参数：
1. 激发源：X射线荧光光谱法的激发源通常是X射线管，可以产生高能量的X 射线。
2. 荧光探测器：荧光探测器用于检测样品发出的荧光。
常见的荧光探测器有闪烁计数器、半导体探测器等。
3. 分析器：分析器用于改变X射线的传播方向，使X射线通过样品的不同部分，以便于检测样品不同深度的元素。
4. 扫描速度：扫描速度是指在单位时间内样品扫描的范围，扫描速度越快，扫描的范围越大。
5. 分辨率：分辨率是指能够区分两个相邻元素的能力。
6. 灵敏度：灵敏度是指检测到的荧光信号与元素含量之间的关系，灵敏度越高，检测到的荧光信号越强，能够检测到的元素含量越低。
7. 线性范围：线性范围是指元素含量在什么范围内时，荧光信号与元素含量成线性关系。
以上只是一般的情况，具体的参数可能会因实验条件、仪器设备、样品特性等因素而有所不同。
X射线荧光光谱分析原理
一 X射线荧光光谱分析原理利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。
按激发、色散和探测方法的不同，分为X射线光谱法(波长色散)和X 射线能谱法(能量色散)。
当原子受到X射线光子(原级X射线)或其他微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。
较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，因此，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。
根据色散方式不同，X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。
X射线荧光光谱仪主要由激发、色散、探测、记录及数据处理等单元组成。
激发单元的作用是产生初级X射线。
它由高压发生器和X 光管组成。
后者功率较大，用水和油同时冷却。
色散单元的作用是分出想要波长的X射线。
它由样品室、狭缝、测角仪、分析晶体等部分组成。
通过测角器以1∶2速度转动分析晶体和探测器，可在不同的布拉格角位置上测得不同波长的X射线而作元素的定性分析。
探测器的作用是将X射线光子能量转化为电能，常用的有盖格计数管、正比计数管、闪烁计数管、半导体探测器等。
记录单元由放大器、脉冲幅度分析器、显示部分组成。
通过定标器的脉冲分析信号可以直接输入计算机，进行联机处理而得到被测元素的含量。
X射线荧光能谱仪没有复杂的分光系统，结构简单。
X射线激发源可用X射线发生器，也可用放射性同位素。
能量色散用脉冲幅度分析器。
探测器和记录等与X射线荧光光谱仪相同。
X射线荧光光谱仪和X射线荧光能谱仪各有优缺点。
前者分辨率高，对轻、重元素测定的适应性广。
对高低含量的元素测定灵敏度均能满足要求。
后者的X射线探测的几何效率可提高2～3数量级，灵敏度高。
可以对能量范围很宽的X射线同时进行能量分辨(定性分析)和定量测定。
对于能量小于2万电子伏特左右的能谱的分辨率差。
X荧光光谱分析仪工作原理
X荧光光谱分析仪工作原理用X射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧光X射线，需要把混合的X射线按波长（或能量）分开，分别测量不同波长（或能量）的X射线的强度，以进行定性和定量分析，为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。
由于X光具有一定波长，同时又有一定能量，因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型：波长色散型和能量色散型。
下图是这两类仪器的原理图。
用X射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧光X射线，需要把混合的X射线按波长（或能量）分开，分别测量不同波长（或能量）的X射线的强度，以进行定性和定量分析，为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。
由于X光具有一定波长，同时又有一定能量，因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型：波长色散型和能量色散型。
下图是这两类仪器的原理图。
现将两种类型X射线光谱仪的主要部件及工作原理叙述如下：1.X射线管两种类型的X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源。
上图是X射线管的结构示意图。
灯丝和靶极密封在抽成真空的金属罩内，灯丝和靶极之间加高压（一般为40KV）,灯丝发射的电子经高压电场加速撞击在靶极上，产生X射线。
X射线管产生的一次X射线，作为激发X射线荧光的辐射源。
只有当一次X射线的波长稍短于受激元素吸收限lmin时，才能有效的激发出X射线荧光。
笥?SPAN lang=EN-US>lmin的一次X射线其能量不足以使受激元素激发。
X射线管的靶材和管工作电压决定了能有效激发受激元素的那部分一次X射线的强度。
管工作电压升高，短波长一次X射线比例增加，故产生的荧光X射线的强度也增强。
但并不是说管工作电压越高越好，因为入射X射线的荧光激发效率与其波长有关，越靠近被测元素吸收限波长，激发效率越高。
X射线管产生的X射线透过铍窗入射到样品上，激发出样品元素的特征X射线，正常工作时，X射线管所消耗功率的0.2%左右转变为X射线辐射，其余均变为热能使X射线管升温，因此必须不断的通冷却水冷却靶电极。
X射线荧光光谱(XRF)分析
消除基体效应
基体效应会影响XRF的测 量结果，因此需要采取措 施消除基体效应，如稀释 样品或添加标准物质。
固体样品的制备
研磨
将固体样品研磨成细粉，以便进行XRF分析。
分选
将研磨后的样品进行分选，去除其中的杂质和粗 颗粒。
压片
将分选后的样品压制成型，以便进行XRF测量。
液体样品的制备
1 2
稀释
将液体样品进行稀释，以便进行XRF分析。
定性分析的方法
标样法
01
通过与已知标准样品的荧光光谱进行比较，确定样品中元素的
种类。
参考法
02
利用已知元素的标准光谱，通过匹配样品中释放的X射线荧光光
谱来识别元素。
特征谱线法
03
通过测量样品中特定元素的特征谱线，与标准谱线进行对比，
确定元素的存在。
定性分析的步骤
X射线照射
使用X射线源照射样品，激发 原子中的电子跃迁并释放出X 射线荧光光谱。
XRF和ICP-AES都是常用的元素分析方法，ICP-AES具有更高的灵敏度和更低 的检测限，适用于痕量元素分析，而XRF具有更广泛的应用范围和更简便的操 作。
XRF与EDS的比较
XRF和EDS都是用于表面元素分析的方法，EDS具有更高的空间分辨率，适用于 微区分析，而XRF具有更广泛的元素覆盖范围和更简便的操作。
XRF分析的局限性
01
元素检测限较高
对于某些低浓度元素，XRF的检 测限相对较高，可能无法满足某 些应用领域的精度要求。
02
定量分析准确性有 限
由于XRF分析基于相对强度测量， 因此对于不同样品基质中相同元 素的定量分析可能存在偏差。
03
对非金属元素分析 能力有限
X射线荧光分析的基本原理
X射线荧光分析的基本原理1. 绪论物质是由各种元素按照不同的构成方式构成的。
各种元素的原子是由原子核和一定数目的核外电子构成。
不同元素的原子，原子核中质子和中子的数量不同，核外电子数也不同，具有不同的原子结构。
核外电子的能量也各不相同，这些能量不同的原子按能量大小分层排列，离原子核最近的电子层称为K电子层，其外依次为L,M,N,O…层。
K层上的电子能量最低，由里向外，电子的能量逐渐升高。
原子在未接受足够的能量时，处于基态，即稳定状态，此时，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子……。
当使用高能射线（如X射线）照射物质时，物质中的原子的内层电子被高能射线逐出原子之外，在内层电子层上即出现一个“空穴”。
具有较高能量的外层电子立即补充这一“空穴”而发生跃迁。
发生跃迁的电子将多余的能量（两个电子层能量之差）释放出来。
释放出来的能量以电磁波的形式向四周发射，其波长恰好在X射线的波长范围内（0.001～10nm）。
为了与照射物质的X射线（初级X射线）相区别，将被照射物质发出的X射线（二次X射线）称为荧光X射线（荧光即光致发光之意）。
对于K层电子而言，L层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kα谱线，M层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kβ谱线，其他层的电子发生跃迁时的情况依此类推（如图1.1所示）。
利用被测物质发出的荧光X射线进行物质化学成分的定性分析或定量分析，称为X射线荧光光谱分析。
图1.1原子结构示意图在形成的线系中，各谱线的相对强度是不同的，这是由于跃迁几率不同。
对K层电子而言,特定元素的荧光X 射线Kα>Kβ,对于同一种元素而言，强谱线只有1-2条,特征谱线比较简单，易于分析，光谱干扰小。
2. X射线与固体之间的相互作用X射线照射在固体表面上，主要会产生吸收和散射两种效应。
固体物质可以吸收一部分射线，并可以使X射线在固体表面发生散射，使X射线的强度衰减。
X射线荧光光谱分析的基本原理
X射线荧光光谱分析的基本原理X射线荧光光谱是一种用于材料表面成分分析的非破坏性技术。
它基于物质被X射线激发后产生荧光的原理进行分析。
X射线荧光光谱分析具有高灵敏度、高准确性、广泛适用性等优点，被广泛应用于材料科学、地质学、环境科学和考古学等领域。
1.原子结构：原子由原子核和围绕核运动的电子组成。
原子核由质子和中子组成，电子在不同能级上运动。
2.能级跃迁：X射线荧光光谱分析的本质是利用X射线激发原子的内层电子，使其跃迁到更高的能级。
当激发源产生高能量的X射线，并且与样品发生相互作用时，部分能量将被吸收，使内层电子被激发起跃迁。
3.荧光：当内层电子被激发到较高能级后，它们不会一直保持在这个状态，而是经过一段时间后重新回到基态，释放出余下的能量。
这个能量以X射线或光子的形式被释放出来，称为荧光。
4.元素特征：不同元素的原子结构、电子能级以及荧光特性都是独特的，可以用于确定样品中的元素及其含量。
5.荧光分析：荧光由不同能级上的电子返回基态时产生，其能量正比于电子从高能级到低能级的能量差。
通过测量荧光的能量，可以确定样品中存在的元素及其含量。
6.X射线源：X射线荧光光谱分析需要一个高能量的X射线源来激发样品。
通常使用X射线管或放射性同位素作为X射线源。
7.检测系统：X射线荧光光谱分析需要一个检测系统来测量荧光的能量。
常用的检测系统包括电子学谱仪和晶体谱仪等。
8.分析流程：X射线荧光光谱分析的一般流程包括样品的制备、X射线源的选择和调节、荧光的收集和测量、数据的处理和分析。
X射线荧光光谱分析是一种快速、准确的元素分析方法。
它可以同时分析多种元素并确定其含量，适用于大多数材料，包括固体、液体和气体。
X射线荧光光谱分析在科学研究、工业生产和质量控制等领域具有重要的应用价值。
X射线荧光光谱仪的基本原理及应用
所有元素的最大计数率不超过 20000 计数/秒，仪器灵敏度差
高能端(Ag/Sn/Sb K系光谱)，能量色散分辨率优于波长色散 中能端(Fe/Mn/Cr K系光谱)，分辨率相同 低能端 (Na/Mg/Al/Si K系光谱)，能量色散分辨率不如波长散射
3.2 定性与定量分析——半定量分析
半定量分析样品过程：
o 对未知样进行全程扫描 o 对扫描谱图进行Search and Match（包括谱峰的识别， 背景扣除，谱峰净强度计算，谱峰的匹配） o 输入未知样的有关信息 (金属或氧化物；液体，粉末压 片或熔融片；已知浓度组分的输入；是否归一) o 进行半定量分析
光电吸收，非相干散射，气体电离 和产生闪光等现象，以一定的能量 和动量为特征；
E=h , =c /
微粒性
能量、电离、光电吸 收、非相干散射
能量色散X荧光分析
能量单位：eV
同一切微观粒子一样，X射线也具有波动和微粒的 双重性；无论是测量能量还是波长，都可以实现对相应 元素的分析，其效果是一样的。
在停机状态时使用，保护光管免受粉尘污染，还可避免检 1000um Pb 测器的消耗。
2.3 准直器
准直器由一组薄片组成，目的是使从样品发出的X射线以平行 光束的形式照射到晶体。薄片之间的距离越小，越容易形成平 行光，产生的谱线峰形也更锐利，更容易与附近的谱线区分。
准直器以薄片间距来分类
薄片间距
4
一、基础理论与知识
X射Байду номын сангаас荧光的产生
碰撞
内层电子跃迁↑
空位
X射线荧光
外层电子跃迁↓
一、基础理论与知识
X射线荧光分析的分类
X射线荧光光谱分析的基本原理
X射线荧光光谱分析的基本原理当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子而出现一个空穴,使整个原子体系处于不稳定的激发态,激发态原子寿命约为10-12-10-14s,然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。
这个过程称为驰豫过程。
驰豫过程既可以是非辐射跃迁,也可以是辐射跃迁。
当较外层的电子跃迁到空穴时,所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子,此称为俄歇效应,亦称次级光电效应或无辐射效应,所逐出的次级光电子称为俄歇电子。
它的能量是特征的,与入射辐射的能量无关。
当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收,而是以辐射形式放出,便产生X射线荧光,其能量等于两能级之间的能量差。
因此,X射线荧光的能量或波长是特征性的,与元素有一一对应的关系。
图10.1给出了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。
K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充,从而可产生一系列的谱线,称为K系谱线:由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线……。
同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图10.2)。
如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K 层,此时就有能量ΔE释放出来,且ΔE=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα射线,同样还可以产生Kβ射线,L系射线等。
莫斯莱(H.G.Moseley) 发现,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:λ=K(Z-s)-2这就是莫斯莱定律,式中K和S是常数,因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。
此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析。
当一束光或电磁波照射到物质上时,光子就与物质的分子、原子或离子等微粒相互作用而交换能量。
在通常的状态下,物质中这些微粒处于基态,吸收一定频率的辐射后,由基态跃迁到激发态,这个过程称为辐射的吸收。
X荧光光谱仪(XRF)的基本原理
X荧光光谱仪是根据X射线荧光光谱的分析方法配置的多通道X射线荧光光谱仪，它能够分析固体或粉状样品中各种元素的成分含量。
X射线荧光（XRF）能够测定周期表中多达83个元素所组成的各种形式和性质的导体或非导体固体材料，其中典型的样品有玻璃、塑料、金属、矿石、耐火材料、水泥和地质物料等。
凡是能和x射线发生激烈作用的样品都不能分析，而且要分析的样品必须是在真空（4~5pa）环境下才能测定。
X荧光光谱仪（XRF）由激发源（X射线管）和探测系统构成。
X射线管通过产生入射X射线（一次X射线），来激发被测样品。
受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。
探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。
然后，仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。
元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发射出具有一定特殊性波长的X射线，因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类，这就是荧光X 射线定性分析的基础。
此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。
近年来，X荧光光谱分析在各行业应用范围不断拓展，广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域，特别是在RoHS检测领域应用得zui多也zui广泛，是一种中型、经济、高性能的波长色散X射线光谱仪。
X荧光光谱仪具有以下优点：a）分析速度高。
测定用的时间与测定精密度有关，但一般都很短，2～5分钟就可以测完样品中的全部待测元素。
b）X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关，而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。
大多数分析元素均可用其进行分析，可分析固体、粉末、熔珠、液体等样品，分析范围为Be到U。
（气体密封在容器内也可分析）但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。
特别是在超软X射线范围内，这种效应更为显著。
x射线荧光光谱仪的原理
x射线荧光光谱仪的原理
X射线荧光光谱仪是一种利用X射线荧光原理测定元素含量的仪器。
X射线荧光光谱仪的原理是：当高能X射线照射到物体表面时，可以将X射线能量转换成其他波长的能量，这种能量转换的过程就是X射线荧光的原理。
X射线荧光光谱仪是通过利用X射线荧光原理来测定不同元素的原子核化学成分的仪器。
X射线荧光光谱仪的工作原理如下：在X射线荧光光谱仪中，利用一个高能X射线源（例如氘氟射线灯）将物体表面的X射线照射出来，当X射线照射到物体表面时，与物体表面相互作用，表面上的原子核会产生X射线荧光，也就是说，原子核会将X射线的能量转换成一定波长的能量，这种能量转换的过程就是X射线荧光的原理。
X射线荧光光谱仪通过检测X射线荧光中的不同波长的荧光，可以得到不同元素的原子核化学成分，从而判断出物体中各元素的含量。
X射线荧光光谱仪的检测能力范围广，检测灵敏度高，可以检测出超低浓度的元素，是一种有效的元素分析仪器。
X射线荧光光谱仪通过X射线荧光技术，可以检测出物体中不同元素的原子核化学成分，从而判断出物体中各元素的含量，从而实现对物体的元素分析功能。
X射线荧光
光谱仪的检测范围很广，可以检测出超低浓度的元素，而且检测结果准确可靠，对物体中各种元素的检测都具有较高的精度。
X射线荧光光谱仪是一种先进的元素分析手段，其工作原理是利用X射线能量转换成另一种波长的能量，即X 射线荧光的原理，通过检测X射线荧光中的不同波长的荧光，可以得到不同元素的原子核化学成分，从而判断出物体中各元素的含量。
X射线荧光光谱仪的检测能力范围广、检测灵敏度高，可以检测出超低浓度的元素，是一种有效的元素分析仪器。
荧光光谱分析仪工作原理
X荧光光谱分析仪工作原理用X射线照射试样时,试样可以被激发出各种波长得荧光X射线，需要把混合得X射线按波长（或能量）分开，分别测量不同波长（或能量)得X射线得强度，以进行定性与定量分析，为此使用得仪器叫X射线荧光光谱仪。
由于X光具有一定波长，同时又有一定能量，因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型:波长色散型与能量色散型。
下图就是这两类仪器得原理图.用Ｘ射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长得荧光X射线，需要把混合得X射线按波长(或能量)分开，分别测量不同波长（或能量)得Ｘ射线得强度，以进行定性与定量分析,为此使用得仪器叫X射线荧光光谱仪。
由于Ｘ光具有一定波长，同时又有一定能量，因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型：波长色散型与能量色散型。
下图就是这两类仪器得原理图。
现将两种类型X射线光谱仪得主要部件及工作原理叙述如下：1、X射线管两种类型得X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源.上图就是X射线管得结构示意图。
灯丝与靶极密封在抽成真空得金属罩内，灯丝与靶极之间加高压（一般为40KV），灯丝发射得电子经高压电场加速撞击在靶极上，产生X射线。
X射线管产生得一次X射线,作为激发Ｘ射线荧光得辐射源.只有当一次X射线得波长稍短于受激元素吸收限lmiｎ时，才能有效得激发出X射线荧光.笥?SPAN lanｇ=EN—ＵＳ>lｍin得一次Ｘ射线其能量不足以使受激元素激发。
X射线管得靶材与管工作电压决定了能有效激发受激元素得那部分一次X射线得强度。
管工作电压升高，短波长一次X射线比例增加，故产生得荧光X射线得强度也增强。
但并不就是说管工作电压越高越好，因为入射X射线得荧光激发效率与其波长有关,越靠近被测元素吸收限波长，激发效率越高。
ﻫＸ射线管产生得X射线透过铍窗入射到样品上，激发出样品元素得特征X射线，正常工作时，X射线管所消耗功率得0、2％左右转变为X 射线辐射,其余均变为热能使Ｘ射线管升温，因此必须不断得通冷却水冷却靶电极。
X射线荧光光谱仪原理及应用
无标样分析方法，即不需要标准样品，给出大概 的浓度值，包括了定性分析；
定量分析：使用校准曲线，给出高准确度的浓度 值，适合较大量的日常分析。
如何建立工作曲线： 见建立定量分析方法工作曲
线的操作说明。
6
半定量分析
半定量分析又叫做无标样分析，其基 本思路为：由仪器制造商测量校准样品， 储存强度和校准曲线，然后将数据转到用 户的X射线荧光分析系统中；无标样分析 不是不需要标样，而是标准样品设备本身 带着。其优点是采用了制造商的标样、经 验与知识，包括测量条件，自动谱线识辩， 背景扣除，谱线重叠校正等。
之一、光管老化
4、这时，加在光管上的高压会从 20kV 逐渐升到 50kV（S4 Explorer）或60kV(S4 Pioneer)，整个 升压过程约需1 个小时。1
个小时后，加在光管上的电压回到20kV 5mA，表 明光管老化已完成。
5、再 在 菜 单 中 ， 选 择 “Utilities”， →“XRay Utilities”→“Tube
Conditioning ON/OFF”，结束光管老化过程。
之二 、光谱仪对光 （Spectrometer Alignment）
在以下情况下，仪器需要再次对光： 情况一、仪器的光路部分经过维修，如光谱室内
的分光晶体或计数器的位置被移动了。 情况二、P10 气体更换。一般一瓶10Mpa 的P10
4、仪器的日常保养与维护
之一 光管老化 光管的保护主要来自二个方面：1、当仪
器在测量时，不要突然断电；2、光管老 化，当仪器关机一个星期以上时，在测样 品前，请先做光管老化。光管老化工作由 仪器根据设定的条件自动进行，其具体步 骤如下：
X射线荧光光谱分析基本原理
X射线荧光光谱分析基本原理X射线荧光光谱分析的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后会发射出特定能量的荧光X射线的特性。
当样品受到高能X射线的照射后，X射线与样品中的原子发生作用，激发其内层电子跃迁到高能级。
随后，被激发的电子会在极短的时间内回到基态，释放出荧光X射线。
荧光X射线的能量特征与被激发电子原先所处的能级差有关，因此不同的元素会产生特定的荧光X射线能量。
X射线荧光光谱分析仪通常包括一个X射线源和一个能量分辨的固态探测器。
X射线源产生高能X射线，其中一部分照射到待测样品上。
样品吸收部分入射X射线，并发射出对应的荧光X射线。
这些荧光X射线通过X射线波长选择装置进入探测器。
探测器中的固态探测器一般采用晶体材料，如硅或锗。
当荧光X射线入射到探测器上时，它们会激发探测器内的电子。
被激发的电子跃迁到高能级，产生能电离状态。
这些能电离态会衰变为基态，同时释放出能量。
这些能量从探测器输出的电流信号中测量。
在X射线荧光光谱分析中，探测器的信号输出被称为光谱。
光谱通过能量分辨设备进行解析，以区分不同元素荧光X射线的能量。
光子能量的分辨率取决于探测器的性能和实验条件。
较好的分辨率可以提高元素的分辨能力，从而提高分析结果的准确性和灵敏度。
为了提高分析的准确性和可靠性，常常需要校正仪器。
仪器校正通常包括两个步骤：能量刻度和反漂移校正。
能量刻度通过使用标准荧光样品，如硅，来确定能量与能量峰位置之间的关系。
反漂移校正用于校正由于时间和温度变化引起的仪器漂移。
X射线荧光光谱分析广泛应用于不同领域的科学研究和工业控制中。
它可用于分析材料的元素组成、碳氢含量、表面产物分析、杜仲树环境激病生理机制分析等等。
它还可以用于分析矿石、矿渣和环境样品中的重金属含量，用于质量控制、研发和材料鉴定等。
综上所述，X射线荧光光谱分析是一种常用的非破坏性分析技术，可以用于确定样品中元素的种类和相对含量。
它的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后发射特定能量的荧光X射线。
x射线荧光光谱仪原理
x射线荧光光谱仪原理
X射线荧光光谱仪是一种用于分析样品中元素组成的仪器。
它的原理基于样品在受到高能X射线照射时，元素原子内部的电子被激发到高能级，然后回到基态时会发射出特定能量的X 射线。
荧光光谱仪通过测量这些发射的特定能量的X射线的强度和能谱，从而确定样品中元素的种类和含量。
具体原理如下：
1. 激发：荧光光谱仪使用高能X射线源照射样品，X射线的能量足够高，能够激发样品中元素原子的内层电子到高能级。
2. 发射：被激发的电子在回到基态时，会发射出特定能量的X 射线。
3. 分析：荧光光谱仪使用X射线谱仪来测量发射的X射线的强度和能谱。
X射线谱仪由一个能量分辨较高的探测器和一个多道分析仪组成。
探测器可以将接收到的X射线转化为电信号，而多道分析仪则可以将电信号根据能量进行分离和记录。
4. 鉴定：通过与已知标准样品进行对比，可以确定样品中元素的种类和含量。
值得注意的是，由于每个元素的电子结构是唯一的，因此发射的X射线的能量也是特定的，对应于元素的特征峰。
通过测量这些特征峰的能量和强度，可以准确地鉴定样品中的元素。
x射线荧光光谱
x射线荧光光谱引言x射线荧光光谱（X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRF）是一种常用的非破坏性分析技术，广泛应用于材料科学、地质学、环境科学、金属检测等领域。
它基于材料在受到x射线激发后产生的荧光辐射，通过测量荧光光子的能谱信息，可以确定材料中的元素种类和含量。
本文将介绍x射线荧光光谱的基本原理、仪器设备以及应用案例。
一、基本原理x射线荧光光谱的基本原理是基于光电效应和荧光效应。
当材料受到x射线束辐射时，束中的x射线光子与材料的原子相互作用，发生光电效应，即x射线光子被原子内的电子吸收，并激发出内层电子，从而使原子处于激发态或离激态。
随后，这些激发态或离激态的原子通过辐射跃迁返回基态，释放出能量较低的荧光光子，产生荧光辐射。
不同化学元素的原子所产生的荧光光子具有不同的能量，因此可以通过测量荧光光子的能谱信息来确定样品中的元素种类和含量。
二、仪器设备x射线荧光光谱需要使用专门的仪器设备来实现荧光光谱的测量。
常见的x射线荧光光谱测量装置包括x射线源、样品支架、能谱仪、数据分析系统等。
1. x射线源x射线源是产生x射线束的设备。
常见的x射线源包括x射线管和同步辐射光源。
x射线管通常采用钨靶或铜靶，通过高压电流的激发产生x射线束，具有较低的能量，并适用于常见元素的测量。
而同步辐射光源通过加速电子在环形加速器中高速运动产生的x射线，具有较高的能量，适用于测量高原子序数的元素。
2. 样品支架样品支架是用于固定和放置待测样品的装置。
样品支架可以有多种形式，如样品盒、样品台、样品架等，不同形式的样品支架可用于不同类型和尺寸的样品。
3. 能谱仪能谱仪是用于测量荧光光子能谱信息的装置。
通常采用的能谱仪包括固态能谱仪和闪烁能谱仪。
固态能谱仪采用固态探测器，如硅探测器或硒探测器，可提供高能量分辨率和较高的计数速率。
而闪烁能谱仪则采用闪烁晶体，如钠碘化物晶体或锗探测器，可提供较高的灵敏度和较低的本底计数。
x射线荧光光谱仪原理
x射线荧光光谱仪原理
x射线荧光光谱仪是一种用于分析物质成分的仪器。
其原理基
于荧光效应和能量谱分析原理。
荧光效应原理：当被测物质受到高能X射线或γ射线的照射时，其原子的内层电子会被激发到高能态，然后经过快速的非辐射跃迁返回低能态。
这个过程中，会发出特定能量的X射线，称为荧光X射线。
不同元素的原子内层电子结构不同，
因此荧光X射线具有特定的能量。
能量谱分析原理：荧光X射线由于不同元素的内层电子能级
结构的不同而具有不同的能量。
通过使用高能X射线或γ射
线照射被测物质，荧光X射线将被发射出来并通过一系列的
光学系统进行分光仪操作。
X射线荧光光谱仪使用能量色散探测技术分析荧光X射线的能量和强度。
仪器通过收集和分析
荧光X射线的能谱图，即不同能量荧光X射线的强度，可以
确定样品中各个化学元素的含量。
总结：x射线荧光光谱仪利用荧光效应和能谱分析原理，通过
测量样品荧光X射线的能谱图来确定样品中不同元素的含量。
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X射线荧光光谱分析的基本原理当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12-10-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。
这个过程称为驰豫过程。
驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。
当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。
它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。
当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。
因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。
图10.1给出了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。
K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线……。
同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图10.2)。
如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层，此时就有能量ΔE释放出来，且ΔE=EK-EL，这个能量是以X射线形式释放，产生的就是Kα射线，同样还可以产生Kβ射线，L系射线等。
莫斯莱(H.G.Moseley) 发现，荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关，其数学关系如下：λ=K(Z-s)-2这就是莫斯莱定律，式中K和S是常数，因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。
此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。
当一束光或电磁波照射到物质上时，光子就与物质的分子、原子或离子等微粒相互作用而交换能量。
在通常的状态下，物质中这些微粒处于基态，吸收一定频率的辐射后，由基态跃迁到激发态，这个过程称为辐射的吸收。
处于激发态的微粒是十分不稳定的，大约过10-8—10-9秒，便以辐射的形式释放出多余的能量，重新回到基态，这个过程称为辐射的发射。
只有当激发光子的能量等于受激发微粒由基态跃迁至激发两个能量级的能量差时，才能发生辐射的吸收现象。
同样，物质发射光子的能量也只有等于相应的两个能级的能量差，即△ E = E1- E2 = hv1 - hv2 = h（1/λ1 - 1/λ2），也可以是：△ E = E1- E2 = hv = hc/λ式中E1、E2分别为高能级、低能级的能量，通常以电子伏特为单位；h为普朗克常数（6.6256×10-34J·s）;v及λ分别所发射电磁波的频率及波长,c为光字真空中的速度,等于2.997×1010cm/s。
通过能量公式可以计算出在各电磁辐射区产生个类型跃跃迁所需的能量，反之亦然。
例如，使分子或原子的阶电子激发产生跃迁所需的能量约为20—1eV，则所吸收的电磁辐射的波长范围约为62—1240nm。
每一条所发射的谱线的波长，取决于跃迁前后两个能量级之差。
由于原子的能级很多，原子在被激发后，其外层电子可有不同的跃迁，但这些跃迁应遵循一定的规则（即“光谱选律”），因此，对特定元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线（或光谱组），这些谱线按一定的顺序排列，并保持一定的强度比例。
原子的各个能级是不连续的（量子化）。
电子的跃迁也是不连续的，这就是原子光谱是线状光谱的根本原因。
光谱分析就是从识别这些元素的特征光谱来鉴别元素的存在（定性分析），而这些光谱线的强度又与试样中该元素的含量有关，因此又可利用这些谱线的强度来测定元素的含量（定量分析）。
这就是发射光谱分析的基本依据。
应注意，一般所称的“光谱分析”，就是指发射光谱分析，或更确切地讲是“原子发射光谱”。
其分析过程进行如下：使试样在外界能量的作用下转变成气态原子，并使气态原子的外层电子激发至高能态。
当从较高的能级跃迁到较低的能级时，原子将释放出多余的能量而发射出特征谱线。
对所产生的辐射经过摄谱仪器进行色散分光，按波长顺序记录在感光板上，就可呈现出有规则的谱线条，即光谱图。
然后根据所得光谱图进行定性鉴定或定量分析。
上表中，所有这些波长区域，在光学分析中都可涉及，因而光学分析的方法是很多的，但通常可分为如下两大类：（1）非光谱方法：光学分析中有一些并不涉及光谱的测定，亦即不涉及能量的跃迁，而主要是利用电磁辐射与物质的相互作用，引起电磁辐射在方向上的改变或物理性质的变化，而利用这些改变就可以进行分析。
如折射、反射、色散、干涉、衍射及偏振等等。
应对欧盟RoHS仪器中，无此类仪器，本文不再论述。
（2）光谱方法：是基于测量辐射的波长及强度，即物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。
测量波长即测量光谱，测量强度即测量物质的含量。
根据电磁辐射的本质，光谱的方法分为分子光谱及原子光谱。
根据辐射能量传递的方式，光谱方法又分为发射光谱、吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱等等。
（二）光谱分析仪器原理1.原子光谱与分子光谱（根据电磁辐射的本质）根据与电磁辐射作用的物质是以气态原子还是以分子（或离子团）形式存在，可将光谱法分为原子光谱法和分子光谱法两类。
原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。
属于这类分析方法的原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS，这是应对欧盟RoHS指令最主要的仪器）等。
原子吸收光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现为带状光谱。
属这类分析方法的有紫外-可见分光光度法（UV-Vis，测六价铬用）、红外光谱法（IR）、分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。
2．发射光谱法和吸收光谱法（根据辐射能量传递的方式）主要根据物质与电磁辐射相互作用的机理，将光谱法分为发射光谱法、吸收光谱法及拉曼光谱。
①发射光谱法物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程而获得能量,为激发态原子A°或分子M°，当从激发态过渡到基态或低能态时产生的发射光谱。
A°→A+ hvM°→M+ hv通过测量物质发射光谱的波长和强度，进行定性和定量分析的方法称为发射光谱分析法。
可分为：（ⅰ）γ线光谱法天然或人工放射性物质的原子核在衰变的过程中发射γ射线回到基态，同时伴有α粒子或β粒子的发射。
测量这种特征γ射线的能量（或波长）可以进行定性分析，测量其强度可以进行定量分析。
（ⅱ）X射线荧光分析法当入射X射线使K层电子激发生成光电子后，L层上电子落入K层空穴，这时能量△E=E K-E L以辐射形式释放出来，产生Kα射线，这就是荧光X射线。
测量X射线的能量（或波长）可以进行定性分析，测量其强度可以进行定量分析。
测量欧盟RoHS指令主要仪器就是这类仪器，又称：X射线荧光光谱仪。
（ⅲ）原子发射光谱分析法用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原子或离子的外层电子受激发后发射特征光谱，利用这种光谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分析法。
波长范围在190—900nm。
这其中，人们知道的ICP（ICP-AES或称ICP-OES我们会另文介绍）就是这类仪器。
（ⅳ）原子荧光分析法气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从从基态或低能态跃迁到较高能态，约经过10-8s，又跃迁至基态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共振荧光）或不同的辐射（非共振荧光-直跃线荧光、阶跃线荧光、阶跃激发荧光、敏化荧光等），称为原子荧光。
波长在紫外和可见光区内。
在与激发光源成一定角度（通常为90°）的方向测量荧光的强度，可以进行定量分析。
（ⅴ）分子荧光分析法某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射而成为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出比入射波长更长的荧光。
测量荧光的波长和强度进行分析的方法称为荧光分析法。
波长在可见光谱区。
（ⅵ）分子磷光分析法物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激发跃迁至第一激发单重轨道，由第一激发单重态的最低能级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态（系间窜跃），并经过振动弛豫至最低能级，由此激发跃迁至基态时，便发射磷光。
根据磷光的波长和强度进行分析的方法称为磷光分析法。
它主要用于环境分析、药物研究等方面的有机化合物的测定。
（ⅶ）化学发光分析法由化学反应提供足够的能量，使其中一种反应分子的电子被激发，形成激发态分子。
激发态分子跃迁回基态时，发出一定波长的光。
其发光强度随时间变化。
在合适的条件下，峰值与被分析物浓度成线性关系，可用于定量分析。
②吸收光谱法当电磁辐射能与被照射物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E= hv的关系时，将产生吸收光谱。
M+ hv→ M°吸收光谱可分为以下几种方法。
（ⅰ）Mossbauer（莫斯鲍尔）谱法由与被测元素相同的同位素作为γ射线的发射源，使吸收体（样品）原子核产生无反冲的γ射线共振吸收所形成的光谱。
光谱波长在γ射线区。
从Mossbauer谱可获得原子的氧化态和化学健、原子核周围电子云分布或邻近环境电荷分布的不对称性以及原子核处的有效磁场等信息。
（ⅱ）原子吸收光谱法利用待测元素气态原子对共振线的吸收进行定量测定的方法。
其吸收机理是原子的外层电子能级跃迁，波长在紫外、可见和近红外区。
（ⅲ）紫外-可见分光光度法利用分子在紫外和可见光区产生电子能级跃迁所形成的吸收光谱。
紫外-可见分光光度法主要用于定量分析。
（ⅳ）红外光谱法利用分子在红外区的振动-转动吸收光谱来测定物质结构的光谱分析法。
（ⅴ）核磁共振波谱法在磁场的作用下，核自旋磁矩与外磁场相互作用分裂为能量不同的核磁能级，核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电磁波。
利用吸收光谱可进行有机化合物结构鉴定，以及分子的动态效应、氢键的形成、互变异构反应等化学研究。
③Raman散射一定频率的单色光照射物质，物质分子会发生散射现象。
如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换引起的，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为Raman散射。
这种散射光的频率与入射光的频率的差值，称为Raman位移。
Raman位移的大小与分子的振动和转动的能级有关，利用Raman 位移研究物质结构的方法称为Raman光谱法，它是与红外光谱法互补的一种光谱技术。
（三）光谱仪的组成用来测量吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。
虽然各种方法所用仪器在构造方面不同，但其基本组成大致相同。
这类仪器一般由五个部分组成：光源、单色器、样品池、检测器和输出记录。